燃烧热焓的测定Word格式.docx
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（2）用台秤称取0.8～1.0g苯甲酸，在压片机中压成片。
剪取0.15m长的燃烧丝一根，棉线一根，用电子天平准确称量，其质量分别为Wˊ和W"
。
用棉线将样品与燃烧丝固定好，再用电子天平（电子天平的使用见附录2）准确称量其总质量为W，则样品质量为（W－Wˊ－W"
）。
（3）将样品小心挂在燃烧皿中，燃烧丝两端紧夹于两电极上，两电极与燃烧皿切不可相碰，以免造成短路。
盖好弹盖，用手将螺帽旋紧。
用万用表检查两电极是否导通。
若导通，则充氧气（钢瓶的使用见附录3，必须事先认真学习）。
从进气口充高纯氧气至2.0～2.45MPa（勿超过2.50MPa）。
（4）再次用万用表检查氧弹通路后，将氧弹放入热量计内筒内。
用量筒量取3l水倒入热量计内筒中，水面盖过氧弹。
将点火电极插头插在氧弹的两电极上，盖上外筒盖，将温度计探头插入内筒水中，按下“搅拌”按钮开始搅拌。
待温度稳定上升后，每隔30秒（热量计每响一声）记一次温度读数，这样连续读取10组数据，立即按下“点火”按钮，同时“数据”钮上的指示灯亮，记录数据序号的示数同时归零并开始重新记数。
（如果点火后，温度上升速度不快，表示点火没有成功，需打开氧弹，检查原因，排除故障）在燃烧过程中，要注意观察温度变化，待记数器显“31”时，按下“结束”按钮，再依次按下“数据”按钮，记下01～30的30组数据，便可按下列步骤停止实验。
停止实验的步骤是：
切断电源，拔出温度计探头，打开热量计盖板，取出氧弹并将其擦干。
用放气阀缓缓放出残余气体。
拧开弹盖，将燃烧后剩下的引火丝在电子天平上准确称量。
最后倒去热量计内筒的水，擦干全部设备待用。
2．测量萘的燃烧热：
称量约0.5g萘，代替苯甲酸以同样方法测定萘的燃烧热。
五、数据处理
（1）将在水当量及燃烧热中测得之温度与时间的关系分别列表并作T～t图。
（2）校正体系和环境交换的影响：
体系和环境交换能量的途径有传导、辐射、对流、蒸发和机械搅拌等，在测定的前期和后期体系与环境间温度的变化不大，交换能量较稳定，而反应期温度改变较大，体系和环境的温度差随时改变，交换的热量也不断改变，很难用实验数据直接求算，通常确定初温及最高温度合理的方法是根据不同时间测得的温度作温度～时间曲线，即雷诺曲线（如图2－1所示）。
图2－1雷诺校正图
图2－1（a）中A相当于开始燃烧之点，B为观察到最高温度的读数点，作相当于室温的平行线TmM交曲线于M，过M点作ab垂线，然后将CA线和DB线外延交ab线于F和E两点。
F点与E点的温差，即为欲求的温度升高值ΔT。
而图中FF′为开始燃烧到温度升高到室温这一段时间Δt1内，因环境辐射和搅拌引进的能量而造成热量计温度的升高，必须扣除。
EE′为温度由室温升高到最高点B这一段时间Δt2内，热量计因向环境辐射出能量而造成温度的降低，故需要添加上。
由此可见E、F两点的温度差较客观地表示了由于样品燃烧使量热计温度升高的值。
有时热量计的绝热情况良好，热漏小，但由于搅拌不断地引进少量能量使燃烧后的最高点不出现，如图2－1（b）所示，这时ΔT仍可按相同的方法校正之。
（3）计算水当量：
除苯甲酸燃烧放出热量使体系温度升高以外，其它因素——燃烧丝的燃烧、棉线的燃烧、在氧弹内N2和O2化合成硝酸并溶于水中等，都会引起体系温度的变化，因此在计算水当量时对这些因素都必须进行校正，其校正值如下：
①燃烧热的校正：
铜丝放热2510kJ·
kg-1，镍丝放热3243kJ·
kg-1。
②酸的校正暂不做。
③棉线放热16736kJ·
水当量W1＝
（2－4）
式中：
W1——仪器水当量（kg）；
26481kJ·
kg-1——苯甲酸的燃烧热；
W——苯甲酸的质量（kg）；
w——水的质量（kg）。
（4）用同样的方法计算萘的燃烧热。
（5）计算萘的生成热。
六、注意事项
1．本实验所用的仪器比较复杂和精密，实验前必须彻底了解它的性能及使用方法，严格遵守操作规程；
2．氧弹内壁和氧气表上不能粘有油污，特别注意不能用手接触氧弹内壁，以免由油污引起爆炸危险；
3．装卸氧弹时，要正确对准螺丝，不要损坏螺纹。
要特别注意把螺丝部分擦净。
4．在检查氧弹漏气和给氧弹充氧气这两个步骤时，要注意不要使氧弹震动和倾斜，以防样品从燃烧器内掉落。
5．接点火丝时，要特别注意电极与点火丝相接处要拧紧，使其接触良好，切忌使氧弹内的两个电极直接相互接触，否则将烧毁整个仪器；
6．量热桶内的水，搅拌要均匀，不宜过快和过慢；
7．点火前，要等指示温度开始稳步上升后方可记录数据；
8．按“点火”钮的时间，不得超过2s；
9．测水当量和测有机物燃烧热时，一切条件必须完全一样。
七、实验关键提示
本实验的关键是样品能否燃烧（尤其是萘），为确保样品点火成功，应注意以下几点：
1．点火丝与电极接线柱的连接要牢固，点火丝的两头切勿与氧弹的内壁接触，点火丝中间下凹的最低处与样品之间的距离以1厘米左右为宜。
2．压片时不要用力过大。
因为样品太硬不易被引燃，样品压片的硬度应以用手稍用力即可破碎为宜。
另外，平时样品应保存于干燥器中，因受潮样品不易燃烧且使称量有误。
3．为确保点火的成功率，在样品片上加一小条己知燃烧热的棉线，或考虑使用两根点火丝。
另外，氧弹的充氧量应确保在2MPa左右。
从安全方面考虑，氧气钢瓶的使用要在教师的指导下进行。
此外，为避免人为因素造成的实验误差，在苯甲酸和萘的两次测定中，量筒的取水量应尽量保持一致。
外筒水温应尽量接近室温，燃烧后内筒水温应比外筒水温高出0.7～1K左右。
以便使燃烧终点时内筒水温出现明显的下降。
八、讨论
关于化学反应热效应的测定已有悠久的历史，它为后来热力学理论的建立奠定了实验基础，如今，对于这方面工作的系统研究，已成为物理化学的一个分支—热化学。
物质的燃烧热数据广泛用于各种热化学计算中，是化学热力学中常用的基本数据。
原则上讲，有了物质的标准生成热
数据就可以解决问题了，然而有些物质不能从单质直接生成，而另一方面，一些有机物的燃烧热却比较容易测定，它们的标准燃烧热
数据已有表可查。
本实验所测定的燃烧热
与298K和
状态下的
（298K）的换算可利用下式：
式中
、
分别为燃烧反应前后的定压热容差和体积差。
由于燃烧热本身是一个很大的数值，因此当实验温度T接近298K时，这种换算往往意义不大。
应当指出的是，在计算萘的燃烧热时，可不考虑点火丝的影响，主要基于以下两点：
其一是Q点火丝和m点火丝与样品相比均较小；
其二是在苯甲酸和萘的两次计算时，可以相互抵消一部分点火丝的影响。
例如，0.5g的苯甲酸热效应为13230J，本实验使用的点火丝为0.0086g，完全燃烧的热效应为28J，仅占苯甲酸热效应的0.2％。
氧弹中少量的N2与O2反应生成硝酸并溶于水也能放出少量的热量，因而使测量结果产生误差。
对于精确的量热实验，其校正方法是用NaOH溶液滴定其中的硝酸，每毫升0.1mol·
dm-3的滴定液相当于产生5.78J的热量。
量热技术是物理化学的一项重要实验技术。
近年来，在测量方法、技术以及仪器设备方面都有较大发展。
对于有气体参加且热效应较大的化学反应（如燃烧反应），通常用弹式热量计进行测量，其量热手段是通过高精度的温差测量实现的，而温差的测量多采用雷诺（Renolds）温度校正法。
希望同学们能够理解并掌握。
萘在298K时标准燃烧热的文献值为
（298K）=－5157kJ·
mol-1。
同学们可将测量得到的结果与此比较，分析产生误差的原因。
九、思考题
1．在本实验中哪些是体系?
哪些是环境?
体系和环境通过哪些途径进行热交换?
这些热交换对结果影响怎样?
如何进行校正?
2．使用氧气要注意哪些问题？
3．搅拌太慢或太快有何影响?
4．对于本实验，有的教科书要求在氧弹中加上几滴水，为什么?
[参考资料]
[1]东北师范大学等校．物理化学实验（第二版）．北京：
高等教育出版社，1989
[2]孙尔康．物理化学实验．南京：
南京大学出版杜，1998
[3]吴子生，物理化学实验指导书．长春：
东北师范大学出版社，1995
[4]北京大学化学系物理化学教研室．物理化学实验（第三版）．北京：
北京大学出版社，1995
[5]复旦大学等．物理化学实验（第二版）．北京：
高等教育出版社，1993
[6]傅献彩．物理化学（第四版）上册．北京：
高等教育出版社，1990
附录1:
XRY－1A型数显氧弹式热量计
XRY－1A型数显氧弹式热量计，热容量15000J/℃，适用于以热量计氧弹法测定不含水的石油产品（如汽油、喷气燃料、柴油和燃料油等）的总热值及净热值，以及煤炭发热量的测定。
弹热值的测定是在氧弹中有过剩的氧的情况下，按规定条件燃烧单位重量的试样所产生的热量，称为弹热（以J/g或KJ/kg表示）。
燃烧产物为二氧化碳、硫酸、硝酸以及呈液态的水和呈固态的灰。
热量计热容量的测定采用在氧弹中燃烧一定量的标准苯甲酸，测量由其燃烧所产生的热量而引起热量计系统温度变化的方法来确定热量计的热容量，热容量系统温度升高1℃所需的热量（J），在数值上等于热量计的热容量（J/℃）。
一、结构和原理
XRY－1A型数显氧弹式热量计的结构如图2－2所示。
图2－2XRY－1A型数显氧弹式热量计
1－外壳；
2－内筒；
3－外筒；
4－热电偶；
5－绝热支架；
6－氧弹；
7－测量部分；
8－搅拌器；
9－电极；
10－盖子。
整个仪器由量热主体部分和测量部分所组成。
量热主体部分由自密封式氧弹（如图2－3所示）、外筒（水套）、内筒（水筒）、搅拌器、工业用玻套温度计、点火丝、压片机、气体减压器（如图2－4所示）等组成；
而测量部分为控制器，包括显示器、键盘和点火等（如图2－5所示）。
1－提手2－充气口3－紧固螺母4－弹盖5－聚四氟乙烯垫6－橡胶密封圈7－电极8－弹杯9－接线柱10－坩埚
图2－3量热计氧弹图2－4气体减压器
图2－5XRY－1A型数显氧弹式热量计测量部分的控制器操作面板
二、控制器性能特点及使用方法
XRY－1A型数显氧弹式热量计测量部分采用高性价比的PIC系列单片微控制器为基础的高性能测温系统，测温精度高，稳定性好，测量精度为0.001℃，且读数方便，可将样品测量全过程中的测温数据存入存储器内，或一次测量完后反复多次读出。
控制器面板上设置电源、搅拌、数据、结束、点火、复位六个电子开关按键和七位数码管，能对样品热值测定进行全过程操作和温度的显示，其中左边两位数字代表测温次数，右边五位代表测量的实际温度。
1．性能特点
a）全部操作可通过控制器面板上的电子开关完成
b）测温范围：
0～+35℃
c）温度分辨率：
0.001℃
d）自动存储测温数据：
31个
2．使用方法
a）一开机后，只要不按“点火”键，仪器逐次自动显示温度数据100个，测温次数从00→99递增，每半分钟一次，并伴有蜂鸣器的鸣响，此时按动“结束”键或“复位”键均能使显示测量次数复零。
b）按动“点火”键后，氧弹内引燃丝得到约20V交流电压，从而烧断引燃丝，点燃坩埚中的样品，同时，测量次数复零，以后每隔半分钟测量并贮存测温数据共31个，当测温次数达到31后，测温次数自动复零。
当样品燃烧，内筒水开始升温，平缓到顶后，开始下降，当有明显降温趋势后，可按“结束”键，然后按动“数据”键，可使01次、02次……一直到按“结束”键时的测温次数为止的测量温度数据重新逐一在五位数码管上显示出来，操作人员可以进行记录和计算，或与实时笔录的温度数据核对后进行计算ΔT和热值。
（注意：
电脑贮存的数据是蜂鸣器鸣响的那一秒的温度值）当操作人员按住“数据”键不放，被贮存的温度数据和测温次数自动逐个显示出来，方便操作人员查看测温记录。
请注意：
在读取数据状态，“点火”键不起作用，若需重新测量，必须先按“结束”键，使仪器回到测温状态。
c）按“复位”键后，主要测量次数复零，此时仍可按“数据”键重读贮存的温度数据。
但若开机后未进行过“点火”测量，可能会读出一些不规则的随机数据。
这不影响仪器的正常工作。
d）第二次按“点火”键，即可清除贮存的温度数据，为下次贮存的温度数据和测温次数作好准备。
e）关掉电源，原贮存的温度数据也将自动清除。
三、操作步骤及计算方法
1．试剂和材料
（1）苯甲酸
二级量热标准物质，应由国家计量行政部门批准并发布的量热标准物质，并具有标准物质证书。
（2）点火丝
直径约0.1mm镍铬丝，长80～100mm，再把等长的10～15根点火丝同时放在电子天平上称量，计算每根点火丝的平均重量。
（3）氧气
不应有氢和其它可燃物，禁止使用电解氧气。
2．操作步骤
（1）先将外筒装满水，实验前用外筒搅拌器（手拉式）将外筒水温搅拌均匀。
（2）苯甲酸应预先研细，在80～90℃烘箱中烘干24小时，冷却至室温，放在盛有浓硫酸的干燥器中干燥3～4天，称取苯甲酸1.0～1.2克，压成片状，再称准至0.0002克放入氧弹中的燃烧皿坩埚内。
（3）把盛有苯甲酸的坩埚固定在坩埚架上，将一根点火丝的两端分别接在氧弹内的两个电极柱上，并让其与苯甲酸有良好的接触，注意不要使点火丝接触到坩埚上，以免形成短路而导致点火失败。
然后，在氧弹中加入10毫升蒸馏水，旋紧氧弹盖，用万用表检查两电极是否通路。
（4）将氧弹放到充氧器下，对准充气口，拉下扳手充氧，充氧时间不得少于5秒钟，直到氧弹内压力达到2.0～2.45MPa，充氧后不应漏气。
用万用表检查两电极是否通路。
若通路则进行下一步实验，否则需放气检查。
（5）把上述氧弹放入内筒中的氧弹座架上，再向内筒中加入约3000克（称准至0.5）蒸馏水（水温已调至比外筒低0.7℃左右），水面应至氧弹进气阀螺帽高度的2/3处，每次用水量应相同。
如果氧弹盖四周无气泡漏出，则表明气密性良好，如有气泡产生则表明漏气，应找出原因，加以纠正。
（6）接上点火导线，并连好控制箱上的所有电路导线。
盖上胶木盖，将测温传感器插入内筒，打开电源和搅拌开关，仪器开始显示内筒水温，每隔半分钟蜂鸣器报时一次。
（7）当内筒水温均匀上升后，每次报时时，记下显示的温度，当记下第10次时，同时按“点火”键，测量次数自动复零，以后每隔半分钟测量并贮存测温数据共31个，当测温次数达到31次后，测温次数就自动复零，表示实验结束。
（若温度达到最大值后记录的温度值不满10次，需人工记录几次）。
（8）停止搅拌，拿出传感器，打开水筒盖（注意：
先拿出传感器，再打开水筒盖），取出内筒和氧弹，用放气阀放掉氧弹内的氧气，打开氧弹，观察氧弹内部燃烧情况，（如有试样燃烧不完全的迹象或炭黑存在，实验作废。
（9）取出未烧完的点火丝准确称重。
（10）用蒸馏水洗涤氧弹内部及坩埚和进气阀，洗液收集至烧杯中，体积约150～200毫升。
（11）将盛有洗液的烧杯用表面皿盖上，加热至沸腾5分钟，加2滴酚酞指示剂，用0.1N的氢氧化钠标准溶液滴定，记录消耗的氢氧化钠标准溶液的体积。
（12）用毛巾擦净氧弹和内筒，准备测量待测物质用。
3．计算方法
（1）热容量（J/℃）的计算公式：
式中：
E——热容量，J/℃；
Q1——苯甲酸热值，J；
M1——苯甲酸重量，g；
Q2——点火丝热值，J/g；
M2——点火丝重量，g；
V——消耗的氢氧化钠标准溶液的体积，ml；
Q3——硝酸的生成热，J；
ΔT——修正后的温升，℃；
（2）试样热值（J/g）的计算公式：
ΣGd——添加物产生的总热量，J；
G——试样重量，g；
4．仪器使用维护注意事项
（1）氧弹应定期进行20MPa水压检查，每年至少一次；
（2）仪器使用完毕后应保持表面清洁干燥，以防腐蚀，长期不用时，应将水倒掉；
（3）氧气减压器在使用前应将零件上的油污擦洗干净，以免在充氧时发生意外爆炸事故，氧气减压器应定期进行耐压试验，每年至少一次；
（4）仪器使用的理想环境温度是20℃±
5℃，每次测定时室温变化不得大于1℃，因此室内禁止使用各种热源。
（5）氧弹的密封每次使用前应仔细检查，如密封垫圈损坏，应及时调换，以防密封不良。
附录2：
电子天平
1．调节水平
优良的水平位置和稳定的装配是得到重复性好的结果的必要条件。
作为对安装位置细小的不规则或倾斜的弥补，您可调节天平使之保持水平。
在天平的后部有一水平泡指示器，天平后脚处有两只水平调节旋钮，对优良的水平位置，天平的水平泡指示器中的气泡会在指示器的正中央。
将天平放置在操作的位置，观察天平的水平泡指示器，通过调节天平后脚处的水平旋钮，使天平的水平泡到中央位置。
注意：
每次调整天平的位置后，必须重新调节天平的水平。
2．连接电源
将AC适配器一端插入天平后部电源连接口，一端与合适的电源连接。
注意：
电源插座必须在较靠近天平的位置，并且容易连接。
3．接通电源
按>
O/T<
键，首先显示所有字段，接着显示软件版本号（初次插上电源时或电源中断时），接着出现×
0.00g。
需要预热20～30分钟。
当天平初次通电时，无需进行菜单设置，便可以以单位克称量或使用去皮功能。
图1－6电子天平
4．关机
若想关机，请按住ModeOff键直到显示屏出现OFF后松开。
5．称量
天平开机后，就可以以克为单位进行称量。
（1）如果需要其它单位称量，请参考“菜单”部分进行设置。
（2）若需显示回零，请快速按一下>
键。
（3）将样品置于秤盘上并从显示屏上读取称量值。
当稳定指示器（*）出现后，读数为稳定值。
6．去皮
若样品需放置在称量纸或容器中进行称量时，去皮将把容器的质量从秤盘上的总质量中去除。
（1）将称量纸或空容器置于天平秤盘上，按>
键回零。
（2）当样品加入容器中时，显示的是样品的净质量，去皮质量保留在天平的存储器中，直到您再次按>
建。
7．菜单
设置菜单可激活有效的称量单位、计数称量、线性校准、键盘声响和打印参数。
进入天平菜单首先需关机，按住>
键不放，直到显示出现MENU后松开。
翻阅菜单内容，按ModeOff键，进入被选菜单项后，按>
当您在菜单中任何一处选择好之后，在退出和保存之前，还可以继续在其它的菜单中添加选择。
若不保存就会回到称量状态，请按住ModeOff键直到全屏显示时再松开。
MENU
克、千克、毫克、克拉、牛顿、磅、盎司、英两、英厘、
UNITS——英钱、摩、m、香港两、新加坡两、台湾两、cL和计件。
一一选择ON或OFF。
每次只能选择一个“两”单位。
LIN——线性校准。
SYS
——每个键设置声响，“有”或“没有”。
PRlNT
——设置通讯状态和打印参数。
MENU——退出菜单并回到称量状态。
END
若在UNITS，SYS和PRlNT中选择了END结束，将会保存每一菜单中的设置。
附录3：
高压钢瓶及减压阀
1．气体钢瓶简介
气体钢瓶是由无缝碳素钢或合金钢制成，适用于装介质压力在150×
101325Pa以下的气体。
标准气瓶类型如表1所示。
2．气体钢瓶的危险性及使用注意事项
使用气体钢瓶的主要危险是气瓶可能爆炸和漏气（这对可燃性气体钢瓶就更危险，应尽可能避免氧气瓶和其它可燃性气体钢瓶放在同一房间内使用。
否则，也易引起爆炸）。
已充气的气体钢瓶爆炸的主要因素是气瓶受热而使内部气体膨胀，压力超过气瓶最大负荷而爆炸。
或者瓶颈螺纹损环，当内部压力升高时，冲脱瓶颈。
在这种情况下，气瓶在按火箭作用原理向放出气体的相反方向高速飞行，因此，可造成很大的破坏和伤亡。
另外，如果气瓶金属材料不佳或受到腐蚀时，一旦在气瓶堕落或撞击坚硬物时就会发生爆炸。
钢瓶（或其它受压容器）是存在着危险的，使用时需要特别注意：
（1）钢瓶应存放在阴凉、干燥、远离热源（如阳光、暖气、炉火等）地方。
（2）搬运气瓶时要轻要稳，要把瓶帽旋上。
放置使用时必须固定牢靠。
（3）使用时要用气表（CO2，NH3可例外）。
一般可燃性气体的钢瓶气门螺纹是反扣的（如H2，C2H2）。
不燃性或助燃性气体的钢瓶是正扣（如N2，O2）。
各种气压表一般不得混用。
（4）绝不可使油或其他易燃性有机物沾染到气瓶上（特别是出口和气压表）。
也不可用麻、棉等物堵漏，以防燃烧引起事故。
（5）开启气门时应站在气压表的另—侧，更不许把头或身体对准气瓶总阀门，
以防万一阀门或气压表冲出伤人。
（6）不可把气瓶内气体用尽，以防重新灌气时发生危险。
（7）使用时要注意各气瓶上漆的颜色及标字，避免混淆。
表2所示为我国气瓶常用标记。
表1：
标准气瓶类型
气瓶类型
用途
工作压力
（×
9.8N.cm-2）
试验压力（×
水压试验
气压试验
甲
乙
丙
丁
装O2、H2、N2、CH4、压缩空气和惰性气体等
装纯净水煤气及CO2等
装NH3、氯、光气和异丁烯等
装SO2等
150
125
30
6
225
190
60
12
表2：
我国气瓶常用标记
气体
类别
瓶身
颜色
标字
气体类别
瓶身颜色
标字颜色
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